科学家们说，新的研究表明，数十亿年前地球和一个火星大小的物体发生剧烈碰撞后，使地球上的生命成为可能的大部分物质都来到了地球，也很可能就是那次碰撞产生了月球。 

　　生命要在一个原本死气沉沉的星球上出现，需要各种各样的化合物或挥发性元素，包括碳、氮和硫。传统观点认为，地球上的挥发性元素是通过古代陨石的持续撞击而形成的。今天发表在《Science Advances》杂志上的一项新研究提出了另一种说法：大约44亿年前，地球与一个火星大小的天体（有时被称为Theia）发生灾难性碰撞。根据这篇新论文，这种假想的碰撞发生在我们的星球还在形成的时候，为我们的幼小星球播下了生命所需的挥发性元素的种子。此外，这项新研究的主要作者，莱斯大学的Damanveer S. Grewal和Rajdeep Dasgupta说，就是这颗行星与地球的碰撞形成了月球。 

　　对许多天文学家、地质学家和天体生物学家来说，地球挥发物来自原始陨石的说法从来没有完全令人满意过。我们的星球和太阳系内部的其他岩石行星一样，自然而然的失去了挥发物。地球挥发物的同位素特征恰好与碳质球粒陨石的同位素特征相吻合。碳质球粒陨石是一类通常被认为是挥发物向地球释放的陨石。问题是，地球上的硅酸盐、地幔、地壳、海洋和大气中的碳氮、水碳等挥发性元素比例与球粒陨石中观察到的不一致，导致了所谓的“同位素危机”，并对陨石播种理论产生了怀疑。这项新研究的有趣之处在于，它为这个问题提供了一个解决方案——但作者并没有援引大量的小型陨石撞击例子，而是提出了地球和一颗古老行星之间的一次巨大的碰撞。 

　　这种说法的基础来自于一项实验，研究人员试图在实验室中模拟这种撞击的条件。这项研究包括高压和温度实验，以及用从这些实验中收集到的信息进行计算机模拟。通过这个建模工作，研究人员试图确定撞击行星的大小和化学成分，看看它的硅酸盐储藏库是如何与地球混合在一起的，从而释放出各种生命必需的元素。 

　　2016年，Dasgupta与其他人合著了一篇类似的论文，阐述了地球硅酸盐中碳和硫的含量（或者说分馏）可以用与另一颗行星的巨大碰撞来解释。这项新实验的不同之处在于，它研究了三种生命的命运——碳基生命、氮基生命和硫基生命，这三种生命必需的挥发性元素在一场涉及两颗年轻岩石行星的灾难性撞击之后将会如何发展，此外还提供了假想撞击者大小的估计。 

　　“不幸的是，单靠碳和硫无法解决地球上挥发性物质的来源问题。”Dasgupta告诉Gizmodo。他解释说，如果没有氮，地球上的碳和硫也可能来自原始陨石，因为硅酸盐地球的碳硫比类似于球粒陨石。 

　　他说:“我们在目前的研究中表明，当我们把碳、氮和硫放在一起考虑时，最可能的解决方案是通过巨大的撞击或原地球与火星大小的行星的合并来传送。” 

　　为了模拟这次所谓的行星撞击的情况，Dasgupta和他的同事们加热并加压了被认为存在于地球发展阶段的物质。这样做的目的是至少在微观世界上复制40至120公里（25至75英里）深处的地球环境。这些材料，包括硅酸盐和一种铁镍合金，然后与硫、碳和氮混合，代表了这个火星大小的行星的化学贡献。研究人员仔细观察了这些材料的行为，同时调整了一些变量。 

　　结果表明，碳与富含氮、硫合金的金属铁结合的可能性较小。同时，氮不受硫的影响。 

　　“他们发现，当系统中存在大量的硫时，碳元素的行为与氮不同，而且碳元素不会轻易进入金属（即模拟的行星核心），从而导致这些元素的比例与现代地球上这些元素的比例相匹配。”参与这项新研究的斯克里普斯大学的詹姆斯·戴教授告诉Gizmodo。 

　　研究人员还发现，月球上的火山玻璃和地球硅酸盐（地核周围的物质）具有类似的同位素特征，表明它们有共同的起源。他们认为，最可能的解释是一颗火星大小的行星撞击了地球，这种碰撞不仅产生了地球上大部分的碳、氮和硫，还产生了月球。 

　　“我们的研究挑战了现有的挥发性元素传递方法模型，”Dasgupta告诉Gizmodo。“它还解决了一个长期存在的问题，即地球表层的挥发性元素比例与我们所知的球粒陨石中形成行星的构造块明显不同。” 

　　Day将这项新研究描述为“颠覆性的”，他说作者是“了解行星运行过程的实验专家”，在他看来，目前这些结论“正是这篇论文的真正意义所在”。事实上，这项研究几乎完全建立在实验证据和模型的基础上，需要作者做出几个假设。例如，Day解释说，形成地球的物质可能与研究中使用的物质并不完全相同。 

　　根据这篇新论文，“原始地球硅酸盐壳——在它与形成月球的撞击前，至少在这种情况下——碳、硫和氮含量很低，”Day说。然而在现实中，“在月球形成之前，地幔中这些元素的丰富程度是未知的。”他说。此外,场景研究者提出的“只是在假定高硫金属行星胚胎落入地球的核心，并没有与硅酸盐层交互,”他补充道,“许多模拟表明,不一定是这样,所以这可能是过于简单化的。” 

　　至于将月球火山中的氮和氢与地球的组成进行比较，然后声称它们有共同的起源，Day也同样不相信。 

　　“月球上的火山碎屑本身就是复杂的火山岩，这些样本中氢和氮富集的原因仍然存在争议。”Day告诉Gizmodo。此外，在将月球形成与氮、碳和硫的富集联系起来的过程中，有几项研究（如这里和这里）认为，在不会违反地球化学限制的条件下，形成地球-月球撞击的天体可能比火星更小。” 

　　最后，Day说，这篇新论文对于理解相对较小的行星胚胎中碳、硫和氮的行为是有用的，对于理解这些挥发物在火星内部的行为也可能是重要的。 

　　“需要进行更多这类研究，以了解这些元素的行为，特别是对于质量与地球相当的行星而言。”Day说。“然而，尽管这项研究提出了火星大小的撞击物，但它不太可能成为‘确凿证据’，无论是挥发物是如何以及何时被送到地球的，还是形成地球-月球系统的撞击物的大小。” 

　　需要更多的证据来证明地球挥发物的来源，以及月球形成的原因。加拿大地质学家Reginald A. Daly早在20世纪40年代就首次提出了“巨大影响假说”，这是众多假说中的一个，至今仍未得到解决。 

　　当被要求概述这篇论文的不足之处时，Dasgupt承认，这项工作“完全基于元素的地球化学行为”，不包括任何“涉及行星吸积和生长的动力学或物理过程”。展望未来，Dasgupt和他的同事们想要做的就是将他们的新地球化学模型与物理模型结合起来。 

　　换句话说，这一切还没有结束。 （独家编译：楚楚、吴玲玉）

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